引言
具身化涵盖了对自身身体的所有权、能动性以及身处其中的感觉，这些核心体验使我们能够与世界互动并感到与他人的区别。身体表征是通过整合关于身体的先验期望与传入的多感官信息（包括视觉、触觉或本体感觉线索）而产生的。在橡胶手错觉（RHI）等范式中，通过操纵多感官信号可以检查自身身体表征和具身化的潜在过程和约束。虽然这方面的研究主要由成人工作主导，但在年幼儿童（4-9岁）中的RHI研究表明，虽然所有权感是由同步的视觉触觉相关性驱动的，但更简单的视觉过程主导了感知的手部位置。
虚拟现实（VR）提供了一个令人兴奋的机会，可以使用虚拟移动的化身或身体部位来研究具身化和自身身体表征。研究表明，虚拟身体与个体自身运动之间的视觉运动同步性能引发更强的具身化，并且是VR体验有效性的关键贡献者。尽管运动同步性的作用在这些儿童样本中已得到 largely 证实，但 congruent 视觉信号（例如虚拟或假身体的外观）的影响尚不清楚。理解传入的视觉信号是如何根据关于身体的先验期望或知识进行解释的，对于理解自身身体表征的潜在过程至关重要。
实验1
当前研究检验了运动和人形对儿童（6-8岁）和成人自身身体表征的影响和约束。在这个年龄，已知儿童在RHI中比成人更容易被视觉捕获。结合这个年龄段的显著身体生长，我们预测儿童可能比成人更容易具身化非人类的手。为此，我们创建了四种虚拟手部形态，这些形态在实体性上系统地降低（一只手、一只缺失拇指的手、一个蟹状钳和一个十字架）。任务侧重于手部，因为研究表明手部具身化有一个独特的发展时间过程，并且即使从婴儿期开始，手部也是一个突出的视觉特征。
参与者佩戴Oculus Rift头显并手持Oculus Touch控制器，被要求在不同的运动条件下和使用不同的虚拟手部形态下“捕捉”虚拟下落的羽毛。任务设置在一个充满活力的游乐场环境中，旨在成为一项吸引年幼儿童参与的任务。我们想鼓励受控和缓慢的运动，以强化对虚拟手的关注，因此使用小羽毛作为目标，因为这些羽毛下落缓慢，并且在被捕捉后可以被参与者操纵（例如，轻弹、旋转或推动）。 brightly coloured 的羽毛一次掉落一个，然后消失，为下一个动作提供了令人兴奋且简单的线索。最后，对羽毛轻度的期望使得缺乏触觉反馈对用户来说是可接受的。
方法
我们招募了45名18-39岁的成年人（平均年龄21岁，标准差4.73，34名女性，38名右利手），他们是杜伦大学的本科生，以及45名6-8岁的儿童（平均年龄7岁，标准差0.83，25名女性，39名右利手），来自英国杜伦市区。所有参与者视力正常或矫正至正常，没有已知的神经多样性或感觉或运动状况。样本量略大于G*Power 3.1中先验功效计算所推荐的量。
捕捉羽毛任务是作为一个定制的虚拟游乐场环境创建的，通过Oculus Rift头戴式显示器（HMD）在Unity中设计。为了追踪运动，参与者右手持一个Oculus Touch控制器，站在一个虚拟马戏团帐篷前，被要求“捕捉”从帐篷顶部掉落在他们面前的 brightly coloured 羽毛。羽毛每3秒从参与者头顶上方一条直线上的4个位置之一随机掉落。一次只可见一根羽毛，每根羽毛下落4秒后消失（无论是否被虚拟手捕捉到，羽毛都会消失）。
在任务期间，所有参与者使用了四种在实体性上各不相同的虚拟手部形态：一只人手（Hand），尺寸为儿童或成人手大小；一只缺失拇指的手（Thumb）；一只钳子（Claw）；以及一个非人类的3D十字架（Cross）。这些形态被设计为代表人类手部实体性的梯度，范围从类人手部到逐渐改变的结构（从类人到蟹状钳再到抽象十字架）。所有形态均取自NatureManufacture的VR手部和FP手臂资源包。人类形态是简化浅肤色的真人手部真实表现，与当前样本的大部分相对应；钳子呈深灰色，处于钳状抓握姿势；十字架呈 vibrant blue 色。这些形态根据每个参与者手部大小（右手手中指尖到手腕褶皱处的距离，厘米）进行缩放。它们在手腕处是断开的。
任务中有两种运动试验，虚拟手与参与者自身手部运动实时同步移动，或异步移动，在异步移动条件下参与者无法控制手的运动。在同步运动条件下，参与者的手通过位置和旋转（六自由度）直接跟踪到虚拟形态（手、拇指缺失手、钳子）上，而十字架旋转了45°。没有其他形式的手部追踪（手指不移动）。参与者手持控制器，掌心向上，手指伸展，使得虚拟手指和真实手指（对于人类手部）在姿势上大致匹配，这也模拟了在现实生活中通常捕捉物体的方式。对于异步运动试验，参与者在一次“练习”性羽毛捕捉试验中的手部运动被预先录制，并在实时手部追踪数据的位置播放。这意味着在异步试验期间，虚拟手按照预录制的运动轨迹移动，不实时响应参与者的运动，并且在空间和时间上与参与者自身手部不一致。
每次羽毛捕捉试验后，参与者回答五个与具身化相关的问题和一个针对每种虚拟形态的控制问题。这些问题涉及所有权（Ownership）、能动性（Agency）、外观（Appearance）、任务有效性（Task-Effectiveness，即该形态是否感觉特别像是完成任务有效的自己的手）和工具相似性（Tool-Likeness，即该形态是否感觉更像是一个促进羽毛捕捉任务的工具或物体）。问卷测量是基于先前可比较的儿童VR任务以及儿童和成人的具身化测量开发而来。包括一个控制问题以确保参与者回答恰当；这里的问题是询问虚拟形态在任务过程中是否改变了形状（实际并未改变）。参与者在VR中使用控制器回答所有问题，控制器发射一束虚拟激光束在7点李克特量表上指示他们的回答，范围从0（“不，一点也不”）到6（“是，非常多”）。实验者同时大声读出问题两次以确保理解，并提醒参与者他们可以在量表的任何位置回答。
结果
首先通过对齐秩变换（Aligned Rank Transformation, ART）对顺序数据进行转换，如先前可比较的研究一样。对于每个问题，我们使用三因素，2（运动：同步、异步）× 4（形态：手、拇指缺失手、钳子、十字架）× 2（组别：儿童、成人）的方差分析（ANOVA）分析转换后的数据。由于我们先验预测手部是最具身化的，其次是拇指缺失手、钳子，然后是十字架，我们报告了形态的线性对比。所有图表呈现了中位数和四分位距，并覆盖了个体数据点。
首先，我们分析了控制问题的评分，以确保儿童和成人都能恰当回答，且回答相似。对该问题的回答较低，成人和儿童之间的评分相似。曼-惠特尼U检验（经多重比较邦费罗尼校正）显示，在任何形态/运动组合下，组间均无显著差异（所有p > 0.375，所有U > 805.50）。
对于所有权评分（Q1），存在运动、形态和组别的三因素交互作用，F(1, 83) = 4.483, p = 0.037, η2 = 0.05。存在形态和运动的二因素交互作用，F(1, 83) = 15.957, p < 0.001, η2 = 0.16，但没有其他二因素交互作用（p > 0.05）。存在运动的主效应，F(1, 83) = 146.884, p < 0.001, η2 = 0.64，和形态的主效应，F(1, 83) = 88.801, p < 0.001, η2 = 0.52，但没有组别的主效应（p > 0.05）。为分解三因素交互作用，我们分别查看了每个年龄组在形态和同步性之间的交互作用。我们发现儿童没有显著交互作用（p = 0.834），但成人存在显著交互作用，F(1, 44) = 42.422, p < 0.001, η2 = 0.49。
分解成人中的这种交互作用发现，同步条件，F(1, 44) = 97.823, p < 0.001, η2 = 0.69，和异步条件，F(1, 44) = 15.778, p < 0.001, η2 = 0.26，都存在形态效应。我们对同步和异步运动条件下的四种形态进行了最佳拟合斜率分析，其中1代表最像人类（手），4代表最不相似（十字架）。平均而言，同步条件下的斜率（-0.75）显著陡于异步条件（-0.31）（t(44) = 4.48, p < 0.001, d = -0.67）。这表明成人对虚拟手的所有权感更受形态和运动同步性交互作用的影响，类人形态在同步运动条件下导致更强的所有权感。相比之下，儿童的所有权感不受形态和同步性交互作用的影响，表明他们的所有权感可能较少依赖于这些因素。
对于能动性评分（Q2），存在运动、形态和组别的三因素交互作用，F(1, 83) = 4.895, p = 0.030, η2 = 0.06。没有二因素交互作用（所有p > 0.05）。存在运动的主效应，F(1, 83) = 523.181, p < 0.001, η2 = 0.86，和形态的主效应，F(1, 83) = 7.20, p = 0.009, η2 = 0.08，但没有组别的主效应（p > 0.05）。为分解三因素交互作用，我们分别查看了每个年龄组在形态和同步性之间的交互作用。我们发现儿童没有显著交互作用（p = 0.604），但成人存在显著交互作用，F(1, 44) = 8.85, p = 0.005, η2 = 0.17。同步条件存在形态效应，F(1, 44) = 4.16, p = 0.047, η2 = 0.09，但异步条件没有（p > 0.05）。这表明，与所有权类似，成人的能动感受形态和运动同步性交互作用的影响，类人形态和同步运动导致更高的能动性。相比之下，儿童的能动感似乎较少依赖于这些因素。为了更好地描述这些效应，对于成人，如同Q1所有权，我们比较了同步和异步运动条件下四种形态的最佳拟合斜率（从1=手到4=十字架）。威尔科克森符号秩检验表明，同步条件（M = -0.13）和异步条件（M = 0.01）的斜率存在显著差异（Z = -2.26, p < 0.020, rrb= -0.40，反映中等效应）。这表明成人仅在同步运动条件下显示出从最类人手部到最不类人的下降趋势，而异步运动条件下的斜率极其接近零。
对于外观评分（Q3），得分来自两个外观问题（Q3A和Q3B）的平均值，因为它们测量的是相同的概念，只是措辞略有不同以确保参与者理解。没有显著的交互作用（所有p > 0.05）。存在运动的主效应，F(1, 83) = 5.75, p = 0.019, η2 = 0.06，和形态的主效应，F(1, 83) = 316.06, p < 0.001, η2 = 0.79，但没有组别的主效应（p > 0.05）。这表明成人和儿童的外观评分都受形态和运动的影响，类人形态和同步运动条件获得最高评分。成人和儿童在外观评分上没有差异。
对于任务有效性评分（Q4），存在运动和形态的二因素交互作用，F(1, 83) = 19.00, p < 0.001, η2 = 0.19。所有其他交互作用均不显著（所有p > 0.05）。存在运动的主效应，F(1, 83) = 134.07, p < 0.001, η2 = 0.62；形态的主效应，F(1, 83) = 42.01, p < 0.001, η2 = 0.34；和组别的主效应，F(1, 83) = 7.82, p = 0.006, η2 = 0.09。这表明评分受形态和运动的影响，类人形态在同步运动下导致更高评分。没有与组别的交互作用；然而，组别的主效应表明儿童总体上认为这些形态在捕捉羽毛方面比成人更有效。
对于工具相似性评分（Q5），存在运动和形态的二因素交互作用，F(1, 83) = 6.97, p = 0.010, η2 = 0.08。所有其他交互作用均不显著（所有p > 0.05，尽管形态×组别的交互作用处于边界，p = 0.052，效应量较小，接近中等η2 = 0.05）。存在运动的主效应，F(1, 83) = 30.28, p < 0.001, η2 = 0.27，和形态的主效应，F(1, 83) = 9.28, p = 0.003, η2 = 0.10，但没有组别的主效应（p > 0.05）。评分受形态和运动的影响，类人形态在同步运动下导致更高评分。形态和组别之间的边界交互作用表明成人和儿童在对形态的工具相似性（作为工具使用）评分上可能存在细微差异。
实验2
虽然实验1检验了在一个简短会话中对非人类虚拟手部形态的具身化，但在实验2中，我们检验了这种具身化如何随着训练而增长或改变。先前的研究表明，经过短期虚拟手部形态训练后，运动表现得到改善。类似地，经过五天每天使用机器人第三拇指的课程后，所有权感以及运动反应均显示有所改善。在本研究中，我们特别关注跨越数天的训练如何影响对非人类虚拟手部形态（即实验1中使用的钳子）的具身化。钳子的非人类纹理和形状与其熟悉的类人钳状抓握形成对比；在实验1中，其所有权感处于中等水平。因此，我们选择这种形态作为可能从短期训练中受益的形态，训练在10天内的三个会话中展开。
与实验1一样，通过问卷评估具身化。我们还引入了对虚拟威胁的反应和运动流畅性的额外测试。这些是在一个新的体验部分中测量的，在该部分中，用户系统地将钳子在一个轻度威胁的虚拟物体（仙人掌）上来回移动。我们假设，通过训练，参与者在移动虚拟手越过威胁性虚拟仙人掌时会表现出更大的垂直间隙（即更大的误差容限），这是防御或保护性反应的标志，被认为是身体所有权的标志。事实上，研究表明，参与者对受到威胁的虚拟手表现出更高的皮肤电导反应，并且在移动虚拟手越过虚拟旋转锯时会极其小心。如同先前的研究，我们还假设控制流畅性会随着训练而改善。这可能至少是运动具身化的一个“弱”标志，因为虚拟形态的属性以与用户自身身体属性相同的方式被处理。在这项研究中，我们将运动流畅性评估为手部跨越虚拟物体的运动速度。
除了考虑这些具身化测量指标外，我们还测试了对此形态的训练是否可能推广到其他形态（实验1中的手部和十字架形态）和其他运动类型（异步移动的钳子）。训练一种形态可能推广到另一种形态的假设源于一项桌面橡胶手错觉研究，该研究发现，训练一种形态（假手）允许具身化另一种形态（盒子），因为用户对其身体的概念逐渐转变为能够具身化非实体物体，并且与预测编码框架一致，在该框架中先验可以被更新。
与实验1一致，基于先前关于桌面身体错觉的研究，我们预测儿童身体表征的可塑性程度高于成人。这将表现为上述测量指标在儿童中变化的幅度大于成人。鉴于缺乏先前可比较的数据，很难说明这些变化是否会在两组中相同的时间段内发生，或者在儿童中需要更长的时间。
总之，我们假设随着训练的进行，参与者会表现出对虚拟钳子的主观具身化增加、对虚拟威胁的反应更显著、以及运动流畅性更高。此外，我们假设具身化可能从钳子推广到所呈现的其他形态，并且儿童可能表现出比成人更大的训练效应。
方法
我们招募了12名18-21岁的成年人（平均年龄20岁，标准差0.90，11名女性，11名右利手），他们是杜伦大学的本科生，以及11名6-9岁的儿童（平均年龄8岁，标准差0.90，5名女性，10名右利手），招募地区与实验1所述相同。由于对儿童进行密集的多日重复测量方案，我们使用了较小的样本以确保可行性和保留率。我们的设计参考了先前关于儿童身体所有权的研究（每组约15人）。尽管我们的样本略小，但增加的重复测量次数（每个参与者五次）提供了足够的效力来检测所有权的变化。我们的最终样本量在不同测量中略有不同。
每个参与者在10天内完成了3个测试日。这种受试者内设计测试了训练对表现的影响。获得了杜伦大学伦理委员会的伦理批准。
捕捉羽毛任务如实验1所述，但有以下几点例外：(i) 参与者仅使用虚拟手部、钳子和十字架形态，移除了拇指缺失手形态。(ii) 我们移除了关于外观和任务有效性的问题。此外，我们引入了“植物挑战”来测量威胁反应和运动流畅性。将移动带刺的虚拟仙人掌上与移动类似比例但无威胁的虚拟花朵上进行比较。在此挑战期间，控制器的位置和运动由Unity记录。运动数据在MATLAB中分析，计算(i) 威胁反应，操作化为手部高于植物物体中心的垂直间隙，和(ii) 运动流畅性，操作化为X-O-X序列的总运动持续时间。指示为：“一株植物将出现在你面前，你会看到两边各有一个X和一个O。将你的手放在X上；将其移动到植物上方的O处；然后再次越过植物顶部移回X处。”
每次参与者参与植物挑战时，他们完成4个条件：植物单任务、植物双任务、仙人掌单任务和仙人掌双任务。单任务如上所述。双任务条件要求参与者在运动过程中执行一个简短的数字任务：这里较慢的运动可能表明缺乏自动化。然而，实验错误意味着总运动时间包括一段参与者无法按自己节奏移动的时间，因此双任务表现不再进一步分析。
结果
问卷结果呈现了成人和儿童在每个训练会话中所有权、能动性、工具相似性和控制评分的中位数和四分位距。由于控制评分未显示年龄或会话的显著效应，我们没有理由认为反应偏差显著影响对其他问题的回答。因此，我们使用ART校正的2（组别：儿童、成人）× 5（训练会话：基线、训练1、训练2、训练3、后测）方差分析检验了对钳子的具身化。
对于所有权，没有显著的组别效应或与会话的交互作用（F < 1.285, p > 0.283, η2 < 0.06），但存在会话的主效应（F(2.3,43.6) = 3.06, p = 0.050, η2 = 0.14，经球形度违反校正）。为了理解跨会话的学习模式，我们使用贝叶斯威尔科克森符号秩t检验来补充从每个训练会话到下一个会话的差异对比。总体而言，跨会话有轻微的逐渐增加（趋势），并且仅从基线到训练1有显著增加（p = 0.011, BF10= 9.56，支持备择假设的中等证据）。其余训练会话之间没有进一步的显著增加（p > 0.174, BF10= 0.27–1.02，表明传闻证据）。
能动性在整个过程中保持较高水平，没有显著效应（F < 0.727, p > 0.529, η2 < 0.04）。工具相似性评分没有主效应（F < 1.063, p > 0.315, η2 < 0.05），但存在交互作用（F(4, 76) = 5.209, p < 0.001, η2 = 0.22），后续弗里德曼检验显示儿童（Χ2(4) = 10.09, p = 0.039）而非成人（Χ2(4) = 7.56, p = 0.109）的工具相似性评分随着会话进展而升高。我们使用贝叶斯威尔科克森符号秩t检验来补充儿童和成人从每个训练会话到下一个会话的差异对比。儿童仅显示从训练2到训练3的显著增加（p = 0.028, BF10= 4.90，支持备择假设的中等证据）。成人仅显示从基线到训练1的显著增加（p = 0.018, BF10= 10.97，支持备择假设的中等到强证据）。对于任一组，其余训练会话之间没有进一步的显著增加（p > 0.097, BF10= 0.39–0.89，表明传闻证据）。
为了进一步描述训练和年龄的影响，我们在每个年龄进行了最佳拟合斜率分析，检查了五个会话中工具相似性评分的变化。曼-惠特尼U检验显示，这些斜率在成人（M = -0.11）和儿童（M = 0.24）之间存在显著差异，U = 89.00, p < 0.017, rrb= 0.62，表明中等到大效应。这表明儿童的工具相似性评分随着训练进展而增加，而成人在训练会话中几乎没有变化。
为了评估向其他形态（手部、十字架和异步钳子）的推广，我们使用形态和组别作为因素，检查了基线 versus 后测评分。对这些形态的所有权感、能动性和工具相似性在钳子训练后没有改变，也不受年龄影响。
我们通过检查虚拟手部形态在移动越过仙人掌和花朵障碍物时的回避行为来检验威胁反应。在基线时，成人将钳子举过仙人掌的平均高度比举过花朵高3.23厘米（t(11) = 2.97, p = 0.013, d = 3.88, 95% CI [0.18, 1.51]）。这种增加的谨慎在儿童中未见，他们对两种植物类型的反应相似（p = 0.362）。因此，对于成人来说，手部在仙人掌和花朵上方的高度差异是感知威胁的合适指标，而对于儿童则不是。对于成人，这种差异分数不随训练会话改变（p > 0.200），表明感知威胁没有随着练习而减弱。同样，对于手部或十字架形态，从基线到后测也没有变化（p > 0.700）。如前所述，儿童对两种植物类型都小心对待。他们的虚拟手相对于仙人掌达到的峰值高度不受会话（p > 0.60）或从基线到后测（p > 0.15）的影响。总体而言，因此，我们未观察到对参与者跨越虚拟障碍物时一致谨慎模式的实验效应。
我们通过测试运动持续时间如何跨会话变化来检验对钳子的控制。使用线性混合效应模型（LMER），固定效应为会话和组别，随机效应为参与者以解释重复测量。由于每组有一个缺失值（由于记录失败），分析揭示了组别×会话的交互作用（t(19) = -3.94, p < 0.001）。虽然成人没有显著的会话效应（p = 0.274），但儿童有（t(8) = -4.60, p = 0.002），会话3（p = 0.012）和后测（p < 0.001）的运动持续时间显著低于基线。这种改进的控制（使用钳子）推广到了儿童的手部和十字架形态：两者都比基线时更快（手部，t(7) = 3.96, p = 0.005, d = 1.40, 95% CI [0.38, 2.38]；十字架，t(8) = 2.97, p = 0.018, d = 0.99, 95% CI [0.16, 1.78]）。相比之下，对于成人，这些形态的运动持续时间从基线到后测没有变化（p > 0.356）。
总体讨论
我们通过一项包含四种形态的初步实验以及第二项检验对一种形态训练影响的实验，比较了儿童和成人对非人类形态的具身化。研究结果增进了我们对支撑儿童具身化的感觉和认知因素的理解。此外，尽管许多VR平台（如Meta）建议其设备不应由13岁以下儿童使用，但有大量证据表明儿童经常使用VR。例如，一项2024年的调查发现，33%的美国青少年拥有VR头显，并且社交VR平台的大量用户是儿童。尽管儿童在VR用户中普遍存在，但关于VR如何对儿童产生与成人不同影响的证据基础仍然缺乏，包括多感官线索和具身化的影响。
大量文
